Câmara de Topo Aberto, CTA : construção e uso
para observação de potencial tóxico da poluição
atmosférica urbana com bioensaios em plantas
Tese apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo para a obtenção do título de Doutor em Ciências
Área de Concentração: Fisiopatologia Experimental Orientador: Prof. Dr. Alfésio Luís Ferreira Braga
na manhã seguinte tinha
uma infinidade deles, de modo que hoje,
qualquer um
e portanto nenhum,
pode ser visto como sempre.”
(Trecho da peça Galileu Galilei
Dedico este trabalho à minha esposa e meus
filhos, lastros essenciais de minha alma,
cúmplices do meu dia a dia e razão maior de
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, no reconhecimento de minha ignorância, ter
colocado ao meu redor tantas pessoas para me auxiliar e amparar em todos
os momentos difíceis que passei, quanto me apoiar nesta jornada.
Agradeço especialmente à Carmen, esposa, companheira e cúmplice
em mais este projeto de vida, de quem não faltou estímulos, incentivos ou
apoio, essenciais ao se enfrentar o desafio desta tese, colocando ainda ao
meu alcance não só os conhecimentos científicos que acumulou em sua
própria vida acadêmica, mas também o conforto do lar e da família. Soube
não dividir, mas multiplicar as oportunidades em que mesmo no convívio da
família pudemos discutir cada detalhe do trabalho, dos dados iniciais às
conclusões finais.
Aos meus filhos, Marina e Luiz Guilherme, meus verdadeiros tesouros,
fonte de aprendizado e luz de alegria, mostrando com seus próprios
exemplos de vida que não existem limites estabelecidos às nossas
potencialidades, cabendo a cada um de nós expandir horizontes e encontrar
caminhos para as nossas realizações. Testemunho em vocês o desabrochar
do espírito, a formação de suas individualidades, a fome de aprender e o
quão importante é a família para esse florescimento enquanto, em
contrapartida, vocês nos nutrem com sua vitalidade e ampliam nossos
horizontes com seus questionamentos e seu desabrochar.
Ao Prof. Dr. Alfésio Luís Ferreira Braga, orientador nesta tese e
parceiro em tantos projetos desde 1998 quando iniciamos nosso convívio
acadêmico e pessoal, que aceitou assumir a árdua tarefa de me orientar em
um tema contendo alguns tópicos de engenharia e biologia. A sua postura
franca, aberta e sempre disponível, mesmo durante seus plantões e viagens,
Ao Prof. Dr. Paulo Hilário Nascimento Saldiva, capaz de reconhecer e
semear os potenciais acadêmicos em uma pessoa, contagiando a todos com
seu entusiasmo pela pesquisa, o gosto pelo questionamento, sempre
tornando a convivência rica, mas principalmente emocionante, qual
montanha russa, ao não se dignar a “sossegar a periquita” até encontrar o
caminho do conhecimento. Sua visão, capacidade transformadora, espírito
solidário e inesgotável capacidade mobilizadora fizeram com que esta tese
se materializasse em todas as suas etapas. Sua colaboração específica se
estendeu ainda à leitura de lâminas, o que foi feito durante vários dias,
provavelmente, entre as 23 h e 6h da manhã, além de ceder seu próprio sítio
para a cultura dos espécimes vegetais utilizados no experimento.
Ao Prof. Dr. Gÿorgy Miklös Böhm, aposentado na FMUSP há alguns
meses, mas cujo exemplo de dedicação, seriedade e postura deixa em todos
que com ele conviveram nesta escola, uma marca profunda e perpétua.
Aos professores Dra. Marisa Dolhnikoff, Dra. Maria de Fátima Andrade
e Dr. Marcos Abdo Arbex, membros de minha banca de qualificação, pelos
importantes comentários e considerações feitos.
À Dra. Débora-Jã de Araújo Lobo pelo auxílio em todas as etapas
experimentais e laboratoriais, dos cuidados com as plantas, coletas de
materiais, até a preparação e leitura de lâminas. Agregou a qualidade
indispensável aos procedimentos envolvidos neste trabalho, além das
sugerir comentários ao texto final da tese.
Às pesquisadoras Profa. Dra. Regiani Carvalho de Oliveira e Profa.
Angélica Barganha Ferreira, pela realização da análise elementar por
fluorescência de raio-X, agregando seu expertise, esforço e tempo neste
projeto. Tampouco pode ser esquecida a colaboração com artigos dessa
A Profa. Dra. Ana Júlia de Faria Coimbra Lichtenfels, pelo incansável
trabalho de amostragem de material particulado, expandindo suas
atribuições para suprir, dia a dia, as trocas de filtros e pesagens necessárias.
Ao Sr. Hélio Ramos de Jesus, jardineiro em Caucaia do Alto, pela
preparação e cuidados com as plantas utilizadas neste experimento.
Aos colegas do LPAE, pesquisadores, técnicos, colaboradores,
secretárias, enfim, todos que direta ou indiretamente incentivaram e
apoiaram este trabalho.
Aos meus padrinhos, pela dedicação e exemplo de luta e perseverança
na vida, imagens vivas em minha memória.
Ao meu pai (in memorian) e minha mãe, pela preocupação e zelo na
condução de minha educação e apoio na vida, criando as bases para me
lançar muito além do que lhes foi possível ir em vida. Sua presença em
todas essas etapas, o orgulho estampado em suas feições cada vez que
alcancei um novo degrau deixa em mim uma felicidade que não pode ser
descrita, mas apenas ser objeto do mais profundo agradecimento não só
Sumário
Resumo
Summary
Lista de Figuras
Lista de Tabelas
1 INTRODUÇÃO...1
1.1 A origem do homem ...1
1.2 O homem e seu ecossistema ...2
1.3 A sociedade urbana em expansão ...4
1.4 O homem e a poluição ...5
1.5 A busca do desenvolvimento sustentável ...9
1.5.1 Os estudos epidemiológicos...10
1.5.2 Os estudos toxicológicos ...12
1.6 Bioensaios...17
1.7 Bioensaios em câmaras de topo aberto ...20
2 OBJETIVOS ...23
2.1 Objetivo geral ...23
2.2 Objetivos específicos ...23
3 MÉTODOS ...25
3.1 Câmara de topo aberto – CTA ...25
3.1.1 Princípio de funcionamento ...26
3.1.2 Câmara de exposição...27
3.1.3 Sistema de filtragem ...29
3.1.4 Unidade de insuflamento ...33
3.1.5 Sistema de Iluminação ...34
3.1.6 Sistema de umidificação...34
3.2 Espécimes vegetais ...35
3.2.1 Tradescantia pallida cv. purpurea...36
3.2.2 Tradescantia clone 4430 ...36
3.2.3 Tradescantia clone KU20 ...37
3.2.4 Preparação do substrato ...38
3.3 Caracterização ambiental...39
3.3.1 Concentração do material particulado ...39
3.4 Análise do material acumulado em folhas...46
3.4.1 Coleta e preparação da amostra ...46
3.4.2 Análise por Fluorescência de Raio-X ...47
3.5 Análise de mutação em inflorescência ...51
3.6 Análise de aborto em grão de pólen...52
3.7 Análise de toxicidade em pêlos estaminais...54
3.8 Protocolo de exposição ...55
3.9 Análise estatística ...56
4 RESULTADOS ...57
4.1 Preparação do sistema ...57
4.2 Início da campanha de exposição ...61
4.3 Monitoramento ambiental...62
4.4 Material acumulado em folhas ...67
4.5 Mutação em inflorescência...71
4.6 Mutação em grão de pólen...73
4.7 Toxicidade em pêlo estaminal ...75
4.8 Vitalidade dos espécimes vegetais ...77
5 DISCUSSÃO ...79
6 CONCLUSÕES...87
7 ANEXOS...89
ANEXO A: Dados da coleta de Material Particulado 2,5 μm ...90
ANEXO B: Dados diários da concentração de Material Particulado 10 μm, Temperatura (máxima e mínima), Umidade Relativa do ar (máxima e mínima), Pressão Atmosférica média e Índice pluviométrico acumulado ...92
ANEXO C: Dados obtidos na análise por FRX ...94
Lista de Figuras
Figura 1 - Esquema da câmara de topo aberto – CTA, identificando cada um dos sistemas que o compõe e o fluxo do ar. ...27
Figura 2 - Vista em corte do sistema de filtragem com a identificação de cada seção de filtragem do ar...30
Figura 3 - Imagem da direita apresenta os componentes do coletor de material particulado, composto por (1) coletor, (2) válvula agulha, (3) bomba de vácuo, (4) totalizador de vazão e (5) medidor de vazão, enquanto na imagem da direita é apresentado o coletor desmontado...40
Figura 4 - Imagem da planilha para registro das pesagens dos filtros utilizados na amostragem de MP2,5 desenvolvidas no aplicativo MS-Excel...42
Figura 5 - Imagem da planilha de campo para registro da exposição de filtros coletores de MP2,5. ...43
Figura 6 - Imagem da planilha para registro das amostragens e cálculo da concentração de MP2,5 desenvolvidas no aplicativo MS-Excel ...44
Figura 7 - Detalhe da instalação dos suportes de madeira, com cordas, dentro da Câmara de Topo Aberto, com a colocação das floreiras com plantas...58
Figura 8 - Vista dos suportes de madeira, com cordas, dentro da Câmara de Topo Aberto, com a colocação das floreiras de plantas ...58
Figura 9 - Vista da colocação dos filtros de ar no sistema de filtragem de ar da Câmara de Topo Aberto. ...58
Figura 10 - Detalhe dos estrados com proteção de sombrite 50%, com a colocação das floreiras com os espécimes vegetais. ...60
Figura 11 - Sistema de coleta de material particulado instalado para o monitoramento da concentração de MP2,5 no ambiente externo à Câmara de Topo Aberto...60
Figura 13 - Gráficos de caixas da concentração média diária na fração MP2,5 nas condições Filtrado e Não filtrado, no período de 07.dez.06 a 05.fev.07, em μg/m3...64
Figura 14 - Série das Temperaturas máxima e mínima (oC), e das Umidades Relativas máxima e mínima (%), diárias no período de 07.dez.06 a 05.fev.07, obtidas a partir dos dados da estação meteorológica do IAG/USP ...65
Figura 15 -Série do Índice pluviométrico (mmCA) e Pressão
Atmosférica (hPa), diários no período de 07.dez.06 a 05.fev.07, obtidas a partir dos dados da estação meteorológica do IAG/USP ...65
Figura 16 - Gráficos de caixas do total da % de micronúcleos (MN) nas condições Filtrado e Não filtrado...72
Figura 17 - Gráficos de caixas do total da % de abortos em grão de pólen nas condições Filtrado e Não filtrado. ...75
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Identificação do filtro e características operacionais de cada elemento filtrante do sistema de filtragem ...32
Tabela 2 - Médias, desvios-padrão (DP), mínimos, medianas e
máximos das concentrações (em μg/m3) de MP2,5 do ar nas condições Filtrado e Não filtrado, MP10 e relações entre concentração de MP2,5 filtrado e não filtrado, e MP2,5 não filtrado e MP10...63
Tabela 3 - Médias, desvios-padrão (DP), mínimos, medianas e
máximos das temperaturas mínima e máxima, da umidade relativa do ar mínima e máxima, do índice pluviométrico e da pressão atmosférica, diárias, no período de exposição ...66
Tabela 4 - Médias, desvios-padrão (DP), mínimos, medianas e
máximos da % em peso dos elementos químicos identificados por FRX das folhas colhidas nas condições Filtrado e Não filtrado...68
Tabela 5 - Cargas fatoriais, comunalidades e % de variância explicada obtidas na análise fatorial das variáveis Silício, Enxofre, Ferro, Titânio e Vanádio ...69
Tabela 6 - Estatísticas descritivas dos escores fatoriais nas duas condições de exposição...70
Tabela 7 - Médias, desvios-padrão (DP), mínimos, medianas e
máximos da % de MCN observados nas condições Filtrado e Não filtrado...71
Tabela 8 - Médias, desvios-padrão (DP), mínimos, medianas e
máximos da % de aborto de grão de pólen, nas condições Filtrado e Não filtrado...74
Tabela 9 - Médias, desvios-padrão (DP), mínimos, medianas e
RESUMO
André PA. Câmara de Topo Aberto, CTA : construção e uso para observação de potencial tóxico da poluição atmosférica urbana com bioensaios em plantas [tese]. São Paulo: Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo, 2007. 104p.
A Câmara de Topo Aberto, CTA, foi adaptada para gerar um gradiente da concentração da poluição atmosférica ambiente por material particulado fino, capaz de ser utilizado em experimentos toxicológicos. Uma vez que os aerossóis urbanos são composições quimicamente complexas, com comprovada toxicidade na saúde e mecanismos de ação sobre o homem ainda pouco conhecidos, a utilização conjunta da CTA com sistemas sentinela simples e de baixo custo, capazes de detectar efeitos tóxicos agudos, constituem alternativa para avaliação desse ambiente. A Câmara de Topo Aberto, CTA, foi documentada em termos de dimensões, especificações e características operacionais, e avaliada durante 60 dias. A concentração ambiental média diária de material particulado fino no período foi de 28,6 μg/m3 e a redução média dessa concentração obtida no interior da CTA foi de 75%. Tradescantia clone 4430, KU20 e pallida cv. Purpurea
foram colocadas dentro e fora da CTA para avaliar a resposta de bioensaios nesse gradiente de exposição. O protocolo de mutação em inflorescência (Trad-MCN) foi aplicado nos três espécimes vegetais, e detectou uma menor quantidade de micronúcleos no interior da CTA (p=0,002). Nos clones foram aplicados os protocolos de mutação em pêlo estaminal (Trad-SHM) e aborto em grão de pólen, tendo sido detectada menor resposta para as plantas colocadas no interior da CTA (p=0,007 para pêlo estaminal e p= 0,041 para grão de pólen). Folhas dos três espécimes foram coletadas e submetidas à análise por fluorescência de raio-X. Foi detectada redução na concentração de titânio nas folhas coletadas dentro da CTA (p=0,049). A análise fatorial identificou a presença de fontes de solo e automotiva, com menor concentração observada nas folhas colhidas dentro da CTA. A utilização da CTA com bioensaios no ambiente urbano mostrou ser capaz de detectar efeitos agudos em plantas frente ao gradiente de exposição obtido.
SUMMARY
André PA. Open Top Chamber : erection and use for toxicological evaluation of urban air pollution using plants bioassay [thesis]. São Paulo: “Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo”, 2007. 104p.
Open Top Chamber was modified to obtain a differential concentration on environmental pollution capable to be used on toxicological studies. Since urban aerosol constitutes a very complex chemical composition, with well known toxic action on health but requesting clarification about their biological mechanisms, the use of Open Top Chamber with low cost sentinel systems seems to be an alternative to detect acute toxic effects on such environment. Open Top Chamber was described on its dimensional and operational characteristics, and operated on a 60 days campaign. During this campaign the daily average concentration of fine particles was 28,6 μg/m3 and inside the Open Top Chamber it was obtained a reduction about 75% on such concentration. Tradescantia clone 4430, KU20 and pallida cv. Purpurea were placed inside and outside the chamber to evaluate bioassay response on each pollution concentration. The Trad-MCN bioassay detected a lower micronuclei count on plants inside the chamber (p=0,002). Clones were submitted to stamen hair mutation (Trad-SHM) and pollen mother cell abortion protocols, detecting also a lower effect on plants inside the chamber (p=0,007 for stamen hair mutation and p=0,041 for pollen mother cells abortion). Leaves of all spices were collected and submitted to X-ray fluorescence analysis. The titanium concentration was lower on samplers collected inside the chamber (p=0,049). The factorial analysis identified the presence of elements from soil and automotive sources with a lower concentration on samples collected inside the chamber. The combined use of Open Top Chamber with bioassay on urban environment is capable to detect acute effects on plants when submitted to the obtained particulate concentration reduction.
1 INTRODUÇÃO
1.1 A origem do homem
O homem, desde os primórdios da sua origem animal, sempre
manteve forte ligação de dependência com o meio ambiente.
Na evolução do gênero humano é possível distinguir três etapas
principais. Na primeira, certas espécies de antropóides (nome genérico dos
macacos da superfamília dos hominoídeos que inclui o chimpanzé, o gorila e
o orangotango) conseguiram, com sucesso, se adaptar ao meio ambiente,
na segunda, o Homo erectus, que viveu há cerca de 500.000 anos atrás, se
destacou ao fabricar utensílios e ferramentas, na mesma época em que se
estima ter sido descoberto o fogo, demonstrações claras de sua capacidade
de utilizar os recursos naturais disponíveis para garantir sua sobrevivência, e
passo decisivo para o aparecimento, na terceira etapa, do Homo sapiens, já
entre 200.000 e 350.000 anos atrás nas savanas da África, que se destaca
por sua maior capacidade intelectual. Essa evolução do gênero humano fica
esse volume é de 400 cc, já no Homo erectus o volume médio era de 900 cc,
enquanto que no Homo sapiens mais arcaico esse volume médio superava
os 1.200 cc (o crânio simiesco descoberto em 1856, perto da aldeia de
Neandertal, tem volume cerebral de 1.600 cm3, avantajado até mesmo em
relação ao Homo sapiens sapiens, com média de 1.400 cc) (Barsa, 1999,
Galhardo, 2007a,b,c).
Haja vista a própria origem etimológica do nome, Homo sapiens,
significando homem racional, essa descendência se diferenciou dos
demais espécimes do planeta por sua capacidade de aprender e
habilidade em incorporar conhecimento ao seu desenvolvimento. Com
isso foi capaz de se adaptar às inúmeras modificações ocorridas no
planeta e suplantar aos demais espécimes animais, impondo-se como
dominante (Barsa, 1999).
1.2 O homem e seu ecossistema
Entretanto, nesse processo evolutivo, também a forma de explorar
as riquezas da natureza se transformou passando da simples atividade
extrativista, da coleta de frutos e plantas, da caça a outros animais, para o
uso extensivo dos recursos naturais quer seja para a construção de
moradia e proteção, para a produção de bens materiais de valor
mercantil, incluindo a exploração de minérios e sua transformação em
Em que pese a exploração crescente e continuada do meio
ambiente pelo ser humano, o próprio crescimento populacional foi muito
pequeno até antes da Revolução Industrial. Dados históricos estimam
uma população mundial abaixo dos 200 milhões de habitantes até antes
do século 2 AC, tendo atingido o primeiro bilhão de habitantes somente
no início do século XVIII. Nos últimos 200 anos de nossa história se deu
um crescimento mais acelerado, atingindo hoje a marca de 6,5 bilhões
(UN, 1999, USCB, 2006).
Chama-se de Ecossistema a associação estável existente entre uma
comunidade biológica e o ambiente físico onde ela vive. Implica em trocas
contínuas entre solo, plantas e animais, estabelecendo uma cadeia
alimentar. Quando uma população atinge os limites impostos pelo
ecossistema, seus números precisam estabilizar-se ou declinar em
conseqüência de doença, fome, competição, baixa reprodução e outras
reações comportamentais e psicológicas. Caso isso não ocorra, haverá um
desequilíbrio entre as comunidades biológicas e o ambiente físico,
instabilizando as relações estabelecidas na cadeia alimentar, o que traz
sérias conseqüências àquele ecossistema. Mudanças e flutuações no meio
ambiente representam uma pressão seletiva sobre a população, que deve se
ajustar. O ecossistema tem aspectos históricos: o presente está relacionado
com o passado, e o futuro com o presente. Assim, o ecossistema é o
conceito que unifica a ecologia vegetal e animal, a dinâmica, o
1.3 A sociedade urbana em expansão
Com o desenvolvimento progressivo da organização social do
homem, as atividades de exploração do ambiente, antes restrita ao
suprimento das necessidades para o próprio consumo (Barsa, 1999), foram
se expandindo, estabelecendo vínculos de troca entre os grupos, iniciando
uma atividade comercial com crescimento progressivo, exigindo a expansão
da atividade extrativista. Desse modo, os pequenos grupos nômades deram
lugar a agrupamentos populacionais mais densos e estáveis, localizados em
regiões onde as atividades agrícolas, extrativistas ou industriais podiam ser
realizadas em conjunto com o comércio dos produtos (Barsa, 1999). Essa
transformação culminou no século XVIII com a Revolução Industrial
(Crutzen, Carmichael, 1993), com a utilização de processos produtivos
intensos e a concomitante geração de resíduos dessa atividade como, por
exemplo, produtos da queima de carvão para a geração de energia e do
coque para a metalurgia (Barsa, 1999).
O Fundo das Nações Unidas para Populações, UNFPA (2007), estima
que até o início do século XIX a população urbana não ultrapassava 3% da
população mundial mas, principalmente após a Revolução Industrial, uma
enorme migração do campo para as cidades fez crescer brutalmente a
população urbana, chegando hoje a aproximadamente 47% da população
mundial, em menos de 200 anos.
Os contingentes populacionais cada vez maiores que convergiram para
toda a mão de obra necessária ao desenvolvimento das atividades industriais
e comerciais em expansão, precisaram ser acomodados e mantidos através
de uma estrutura urbana com moradias, sistema de transporte, rede de
distribuição de alimentação e apoio, gerando e agravando um progressivo
desequilíbrio do ecossistema (Blimbescombe, 1999, Barsa, 1999, André,
2002). Desse modo, tanto nos processos industriais e extrativistas quanto na
ocupação urbana, a emissão e lançamento de grande quantidade de gases e
particulados na atmosfera promoveram uma ação combinada, severa e nociva
sobre o meio ambiente e o próprio homem (Wark et al, 1998).
Assim, desde o início do século XIX, a dinâmica dessa expansão das
populações e a capacidade da Terra em prover alimentos, têm recebido
especial atenção dos estudiosos em ecologia, apesar desse termo ter sido
criado apenas no século XX, uma vez que a reposição natural dos recursos
planetários não mais restabelecia sua disponibilidade original no ambiente, o
que levou ao desenvolvimento de diversos estudos sobre a interação entre
predadores e presas, as relações competitivas entre espécies e,
principalmente, o controle populacional (Barsa, 1999).
1.4 O homem e a poluição
Poluição é o termo empregado para designar a deterioração das
condições físicas, químicas e biológicas de um ecossistema, que pode afetar
e vegetais. A poluição modifica o meio ambiente, ou seja, o sistema de
relações no qual a existência de uma espécie depende dos mecanismos de
equilíbrio entre processos naturais destruidores e regeneradores (Seinfeld,
Pandis, 1997, Barsa, 1999).
Mesmo antes da existência do homem, a própria natureza já produzia
materiais nocivos ao meio ambiente, como a erupção de vulcões com
grandes emissões de gases e sólidos, as tempestades de poeira originadas
nas áreas com baixa cobertura vegetal, névoa salina próximo ao mar, ou
mesmo alta cargas de pólen e esporos carreados no ar (Seinfeld, Pandis,
1997). Na verdade, uma certa quantidade de materiais sólidos no ar, como
poeira ou partículas de sal, é essencial como núcleos para a formação de
chuvas. Quando, porém, essas emanações aumentam muito, as gotas que
se formam são muito pequenas para cair na forma de chuva, podendo
assim, interferir seriamente no próprio regime pluvial (Barsa, 1999). A essas
emissões naturais se somam os gases e particulados gerados diretamente
em decorrência das atividades do homem, estas chamadas de emissões não
naturais ou antropogênicas, ou resultante da combinação química dos
elementos presentes na atmosfera (Hinds, 1998).
Já no século XIX se podia detectar a existência de graves problemas
ambientais, como mostram os relatos sobre poluição e insalubridade nas
fábricas e bairros operários (Barsa, 1999).
Assim, o ambiente atmosférico, particularmente o urbano, resultante
das emissões promovidas pelas atividades econômicas ou decorrentes da
em um novo ambiente, tanto em termos de elementos químicos presentes
nos estados gasosos ou particulados, quanto nas concentrações
encontradas, comparados com os ecossistemas originais (Word Resources,
1996), cujos efeitos na saúde são pouco conhecidos, enquanto os
contingentes populacionais a ele expostos são cada vez maiores em face do
adensamento urbano (WHO, 1996, UNFPA, 2007).
Em decorrência do aumento das emissões de poluentes originados
tanto pelo crescimento das atividades industriais como pela ocupação
urbana, durante o século XX ocorreram vários episódios de poluição com
grande impacto, que merecem destaque quer seja pela magnitude do efeito,
quer seja pelo impacto social promovido na sociedade moderna, mais
humanista e democrática:
Vale de Meuse, 1930
No início de dezembro de 1930, uma espessa névoa cobriu uma
grande parte da Bélgica. A região do vale de Meuse, densamente povoada,
estava entre elas. Nesse período a atmosférica fria e quase sem vento, não
permitiu a dispersão da fumaça emitida pelas inúmeras fábricas ali
instaladas, aumentando progressivamente a concentração dos poluentes na
atmosfera, que atingiu a máxima concentração em dois dias.
Algumas horas após atingir esse pico de poluição, e durante os 3 dias
em que essa concentração se manteve antes de dispersar, alguns milhares
de casos de doenças pulmonares agudas foram notificadas além do registro
causa majoritária dos efeitos em saúde registrados, a alta concentração de
dióxido de enxofre e seus compostos oxidativos, além de compostos de flúor
(Roholm, 1937).
Donora, 1948
A pequena cidade industrial de Donora experimentou um episódio de
severa inversão térmica no final de outubro de 1948. No período de quase 5
dias que se seguiram, pela impossibilidade de dispersão dos poluentes
emitidos pelas industrias ali instaladas, houve a saturação da atmosfera com
uma carga de material particulado e outros contaminantes, comprometendo
até mesmo a visibilidade local.
Nesse período, dos 14.000 habitantes locais, cerca de 7.000
adoeceram, dos quais 400 necessitaram de internação hospitalar e 20
morreram (Helfand et al., 2001).
Londres, 1952
Mas talvez o mais severo e marcante evento de poluição atmosférica,
em termos de efeitos à saúde, tenha ocorrido em Londres. Conhecida por
seu típico fog, Londres era uma cidade com alto consumo de carvão, quer
seja para o uso doméstico, na geração de eletricidade em termelétricas, ou
mesmo para o consumo industrial.
Entretanto, um atípico e denso fog se instalou entre os dias 5 e 9 de
dióxido de enxofre emitido, uma atmosfera altamente agressiva e letal, como
comprovado pelo excedente de mais de 3.000 mortes registradas apenas
nas primeiras três semanas de dezembro. Apesar dos estudos iniciais
atribuírem parte dessas mortes a uma epidemia de gripe, a poluição
atmosférica foi relacionada como uma das principais explicações para o
ocorrido (Bell, Davis, 2001).
1.5 A busca do desenvolvimento sustentável
Esses eventos mostraram, sem sombra de dúvidas, que a poluição
atmosférica era capaz de afetar a saúde das populações expostas, mas não
se sabia exatamente a extensão dessa ação e tampouco os mecanismos de
sua atuação no organismo humano (André et al., 2000).
Essa constatação gerou uma forte pressão das sociedades
organizadas sobre os governos, para estabelecer uma legislação ambiental
capaz de permitir que o crescimento econômico, necessário para o
desenvolvimento das sociedades, pudesse ser feito com base na
manutenção e proteção ao meio ambiente e garantindo a própria saúde e
integridade do ser humano (WHO, 1996).
Porém, antes de estabelecer qualquer legislação havia a necessidade
de se compreender os mecanismos e formas de ação dos poluentes sobre
Para tanto foi necessário contar com o auxílio da comunidade
científica para analisar esses eventos e desenvolver outros estudos que
permitissem compreender os mecanismos biológicos e toxicológicos
envolvidos, lançando mão de experimentos epidemiológicos e toxicológicos
para identificar e caracterizar a ação dos diversos agentes poluidores,
estabelecendo com clareza a relação entre causas e efeitos, principalmente
sobre a saúde humana (WHO, 1996, André et al, 2000).
1.5.1 Os estudos epidemiológicos
Os estudos epidemiológicos vêm desempenhando um importante
papel para a compreensão dessa relação (André et al., 2000). Neste tipo de
estudo uma amostra da população é analisada em conjunto com a
exposição ambiental e outros fatores que influenciem a relação entre ambos,
de modo a permitir inferir uma relação causal entre ambos (Rothman,
Greenland, 1998, André et al., 2000).
Considerando que fatores de ordem ética limitam a utilização de seres
humanos em estudos com exposições controladas, uma vez que essa
exposição pode causar uma doença, a maior parte dos estudos
epidemiológicos realizados é do tipo observacional, isto é, quando voluntária
ou involuntariamente pessoas são expostas a algum agente atmosférico
potencialmente perigoso, sem interferência intencional sobre a intensidade
Quando se pretende estudar os efeitos agudos de uma exposição
ambiental, ou seja, quando os efeitos sobre a saúde ocorrem logo após a
exposição, os estudos epidemiológicos do tipo ecológico e caso-controle são
os mais empregados. Já efeitos crônicos, quando a exposição precisa ser
realizada para permitir o acumulo das substâncias antes de disparar um
processo de resposta biológica no organismo, são mais bem avaliados em
estudos epidemiológicos de coorte (André et al., 2000).
Nos estudos caso-controle, a exposição é avaliada em termos
individuais, em dois grupos, enquanto nos estudos do tipo ecológico a
exposição é considerada em termos de uma população. Em ambos os
estudos, o resultado da avaliação é obtido em um espaço de tempo reduzido
e a um custo reduzido (Rothman, Greenland, 1998, André et al., 2000).
Por essas razões, a Organização Mundial de Saúde, (WHO, 1996)
vem recomendando a utilização desses estudos em países pobres ou em
desenvolvimento, onde o crescimento econômico é habitualmente priorizado
sem que haja o necessário cuidado para se evitar impacto ambiental, quer
seja pela urgência no crescimento econômico, pela não disponibilidade de
conhecimento para conduzir as avaliações, ou mesmo pela indisponibilidade
de recursos financeiros para realizá-las.
Assim, ao fornecer a esses países o estado da arte em estudos
epidemiológicos, de baixo custo e rápida realização, é possível reverter a
tendência atual de crescente prejuízo ambiental, ao mesmo tempo em que
habilita pesquisadores locais a realizar tais estudos, suprindo os tomadores
de decisão com melhores informações para legislar e planejar suas
Já os estudos do tipo coorte partem de grupos da população que não
têm a doença em estudo mas apresentam diferentes graus de exposição à
sua possível causa, acompanhando-os ao longo do tempo para medir e
comparar a taxa de incidência da doença em cada um dos grupos da coorte.
Este tipo de estudo pode considerar tanto efeitos crônicos quanto agudos, e
seus resultados normalmente são obtidos após longo período de tempo,
envolvendo custos mais altos para sua realização (Rothman, Greenland,
1998, André et al., 2000).
De uma maneira geral, os estudos epidemiológicos tem demonstrado
que o material particulado da poluição atmosférica apresenta uma relação
mais consistente com os desfechos de saúde analisados (Pope et al., 1995,
Schwartz, 1994, Schwartz, Dockery, 1992, Pope, Schwartz, Ramsom, 1992)
mas, claramente indicam a necessidade de estudos específicos para
esclarecer os mecanismos biológicos envolvidos e demonstrar a
plausibilidade da associação através de estudos toxicológicos (Saldiva et al.,
2002, Clark et al., 1999).
1.5.2 Os estudos toxicológicos
Desse modo, os estudos toxicológicos, mais do que competir com os
estudos epidemiológicos, vem complementar a cadeia de conhecimentos
necessário para entender os fenômenos da relação poluição atmosférica e
Uma das maiores preocupações na atualidade para os grandes
centros urbanos, as emissões por fontes automotivas, tem demandado a
realização de inúmeros estudos toxicológicos utilizando animais ou plantas
colocados em câmaras de exposição conectadas a motores diesel ou ciclo
Otto, ou pela instilação em animais ou tecidos do material coletado na
exaustão desses motores. Vários efeitos foram identificados como
inflamação do pulmão, danos fisiológicos e mutações, além da obtenção das
toxicidades relativas de diferentes combustíveis e tecnologias de motores
(Massad et al., 1986, Reed et al., 2006, Turrio-Baldassarri et al., 2006,
Oliveira et al., 2005, Seagrave et al., 2002, Saldiva et al., 1992).
Também o estudo toxicológico de gases como o monóxido de
carbono tem sido realizado em laboratórios para investigar efeitos agudos e
crônicos, utilizando para isso animais, bactérias, cérebro ou outros tipos de
tecidos, em ambientes enriquecidos com esses gases. Estresse oxidativo,
desordem cardíaca e falhas do coração, dano ao tecido cerebral, alterações
nas características do sangue ou dos parâmetros respiratórios foram
observados (Dadidova et al., 2005, Tofighi et al., 2006, Melin et al., 2005,
Mirza et al., 2005, Lee et al., 2005, Gu et al., 2005, Gosh et al., 2005).
Para os estudos toxicológicos com ozônio, as mesmas abordagens
acima tem sido empregadas, incluindo também estudos com plantas,
espécimes mais sensíveis que animais ou humanos, para isso. Exposições
“in vitro” e câmaras de exposição com enriquecimento de ozônio são
utilizadas para essa exposição, criando diferentes ambientes (Foucaud et al.,
2006, Huffman et al., 2001/2006, Moraes et al., 2006, Novak et al., 2003,
Devido à alta reatividade do ozônio sua absorção se processa quase
exclusivamente por inalação, apesar de ser plausível imaginar que ele
também afete as camadas mais externas da pele ao exaurir as vitaminas C e
E (Rojas et al., 2000;Valacchi et al., 2004).
Apesar de muito úteis no estudo da toxicidade dos poluentes, esses
estudos esbarram na limitação de não representar adequadamente a
atmosfera real, quer seja pela impossibilidade de reproduzir sua composição
e dosagem, ou tampouco os efeitos sinérgicos da interação entre os
poluentes presentes. No caso específico de componentes muito reativos ou
voláteis essa limitação torna-se uma restrição, impedindo considera-los na
exposição. Desse modo a transferência direta dos resultados obtidos nesses
estudos não pode ser feita para os seres humanos.
Concentrador de partículas atmosféricas
Para permitir que as características reais do ambiente atmosférico de
interesse seja plenamente considerado, foi desenvolvido o concentrador de
partículas atmosféricas, particularmente o construído pela Escola de Saúde
Pública da Harvard, que capta o ar ambiente e consegue concentrar seus
componentes de maior massa, o material particulado, até uma taxa de 27
vezes da concentração original do ambiente, disponibilizando-o em uma
câmara de exposição até poucos segundos de sua captação, evitando
qualquer degradação dos seus componentes (Sioutas et al., 1995, Godleski
et al., 2000). Uma das vantagens no uso desse equipamento reside no fato
uma carga de poluentes que só seria realizada em vários dias no ambiente
real. Essa vantagem é particularmente interessante ao reduzir ou eliminar
muitas condições de viés experimental, ou seja, aqueles com potencial para
interferir nos resultados do estudo (Sioutas et al., 1995,1997), como por
exemplo, evitar que os animais fiquem longos períodos em condições
ambientais não controladas, quando estão sujeitos a contaminação, permitir
melhor caracterização da exposição, uma vez que não se está sujeitando a
exposição às variações que ocorrem ao longo do dia e da semana, mas
apenas com poucas horas de duração (Sioutas et al., 1995,1997).
Desse modo, todos os componentes presentes na atmosfera em
estudo, gasosos ou particulados, mesmo que não medidos durante o
experimento, permanecem durante a exposição, mantendo as características
da poluição fresca real (Sioutas et al., 1997).
Estudos utilizando esse equipamento verificaram a existência de
efeitos da poluição atmosférica nos sistemas respiratório e cardiovascular,
em animais (Saldiva et al., 2002, Sioutas et al., 1995,1997, Godleski et al.,
2000, Clark et al., 2000) e humanos (Gong et al., 2004).
Apesar da grande contribuição desse tipo de equipamento aos
estudos toxicológicos, sua utilização ainda é bastante restrita devido à
existência de apenas poucos exemplares no mundo, aos altos custos
envolvidos na aquisição, operação e manutenção, sem mencionar a
necessidade de habilitar pessoal técnico para operá-lo. Também não deve
ser esquecido que menos de 50% desses concentradores são móveis.
operacionalização no local onde a poluição atmosférica de interesse está, é
uma tarefa de certa complexidade logística.
Exposições em múltiplos locais
Uma alternativa utilizada para analisar o potencial tóxico da poluição
de um local, é o de manter grupos de animais ou plantas em diferentes
locais onde em um deles o poluente de interesse está presente enquanto
no outro local não. Os problemas dessa abordagem passam pela
impossibilidade de se encontrar dois locais que se diferenciem apenas pela
presença/ausência do poluente, normalmente outros fatores também
variam entre os locais como temperatura, umidade relativa do ar, nível de
insolação, entre outros. Também esse desenho experimental exige a
disponibilização de duas estruturas de apoio para sua operação e
manutenção, criando barreiras adicionais para eliminar fatores de
confundimento, ou seja, fatores que podem interferir com a exposição ou o
desfecho em estudo no experimento.
Câmara de topo aberto
Um dispositivo alternativo ao concentrador de partículas atmosféricas
e à realização de exposição simultânea de espécimes em dois diferentes
locais, é a câmara de topo aberto.
Derivadas de câmara desenvolvidas para fumigação de plantas
a lado, onde uma recebe ar pré-condicionado em filtros, e outra o ar
ambiente fresco, criando desse modo dois ambientes que diferem apenas
pela ausência dos elementos retidos pelo sistema de pré-condicionamento.
Desse modo, ao manter animais ou plantas em exposições de longa duração
nas duas câmaras, obtêm-se um gradiente na exposição de interesse sem
que outros fatores ambientais, de confundimento, também variem, evitando
interferência na análise do experimento.
Comparado ao experimento em múltiplos locais, o uso de câmaras de
topo aberto permite que o gradiente de exposição e todo o experimento
sejam realizados em um único local físico, sem a necessidade de dispor de
duas estruturas de apoio ou dois grupos de pesquisadores para isso, com
direta redução de custos e eliminação de viés experimental.
1.6 Bioensaios
Segundo Ma (1994) a poluição ambiental gerada pelo homem, e
genericamente chamada de antropogênica, assume muitas vezes aspectos
perceptíveis, ou simplesmente visíveis, de maneira que pode-se
rapidamente identificar sua presença e perseguir ações mitigadoras, mas a
mais perigosa é aquela invisível, que passa desapercebida, na forma de
combinações ou misturas, capaz de se difundir no meio ambiente sem
nenhuma percepção de sua presença até que suas conseqüências mais
Nesse contexto, Ma (1994) lembra da importância de adotar um
sistema de alerta primário, a exemplo dos mineiros que carregavam canários
em seus capacetes ao entrar nas minas para que, em caso da presença de
gases tóxicos, mesmo em dosagens imperceptíveis para os seres humanos,
os efeitos no animal já dessem um aviso do risco no ambiente, antes que
conseqüências irreversíveis ocorram.
Apesar de já terem sido desenvolvidos protocolos de bioensaios
sensíveis para detectar poluentes atmosféricos desde a década de 30 do
século XX, muito pouco desses protocolos foi utilizado na análise ambiental
até há poucas décadas. Alguns desses protocolos demostraram ser
adequados apenas em exposições laboratoriais “in vitro”, como os que
utilizam tecidos, células ou animais, enquanto outros são pouco sensíveis ou
demandam muito tempo até produzir seus resultados (Ma, 1994).
Dentre os protocolos existentes mais sensíveis, rápidos e simples
de realizar, bioensaios com plantas são os mais freqüentes, utilizando
células germinativas como células alvo do sistema biológico.
Normalmente os espécimes vegetais superiores (vasculares) dispõem em
seu botão de flor camadas muito porosas onde a difusão dos poluentes
atmosféricos ocorre sem dificuldade, de maneira bastante rápida. Assim,
as células germinativas são facilmente expostas ao agente tóxico contido
na atmosfera (Ma, 1994, Krupa, Legge, 2000, Constantin, 1978, Manning,
2002, Rodrigues, 1997).
A utilização dos bioensaios com plantas na avaliação da
avaliação qualitativa e quantitativa da ação dessa contaminação, com o
intuito de estabelecer os riscos impostos aos sistemas biológicos. Apesar de
não haver ainda um consenso entre os diversos autores, vamos aqui
denominar genericamente de biomonitoramento a utilização de plantas para
esse propósito.
Os protocolos de bioensaio já padronizados, desenvolvidos para a
planta Tradescantia são o de mutação em pelo estaminal, denotado por
Trad-SHM, e o teste de mutagênese em célula-mãe de pólen, denotado por
Trad-MCN.
No protocolo Trad-SHM, a cor dos filamentos do estame é resultado
de um gene dominante. A ação do agente tóxico presente na atmosfera
provoca a mutação desse gene, e a conseqüente mudança da cor do
filamento para rosa. A freqüência dessa mutação é uma função proporcional
da toxicidade da exposição, permitindo uma quantificação do efeito (Ma
et al., 1994, Rodrigues, 1997).
No protocolo Trad-MCN, a ação tóxica do poluente ocorre durante o
processo de acelerada atividade de duplicação do material genético que
ocorre no botão jovem da flor, processo esse mais corretamente descrito
como replicação meiótica do cromossomo das células-mãe do pólen,
promovendo mutação ou quebra do cromossomo. No processo natural de
reparação desses danos, a anomalia ocorrida se transforma em um material
que é segregado, formando o chamado micronúcleo. Assim, o micronúcleo é
o rejeito da reparação do dano provocado pelo ataque do agente tóxico (Ma,
Vale destacar que as células germinativas em animais são bastante
protegidas e blindadas do ataque direto de substancias tóxicas. Assim,
qualquer substância precisa primeiramente entrar no organismo através do
sistema circulatório, atravessando vários órgãos desse sistema e
sobrevivendo aos diversos mecanismos naturais de defesa, antes de atingir
os testículos ou ovários do animal. Com isso o potencial tóxico da substância
originalmente dispersa no ar fica bastante diluído e atenuado ao chegar a
esse destino (Ma, 1994).
Outro método bastante interessante de identificar compostos
presentes no ar com a utilização de plantas, é a bioacumulação, isto é, o
material particulado presente no ar que se deposita na superfície das folhas
e penetra na estrutura das folhas, ficando retido. Esse processo se inicia por
simples penetração do material nos canículos da cutícula dos estômagos,
até chegar aos espaços intracelulares. Após isso, por processo metabólico,
há a passagem desse material para o interior das células (Keane et al.,
2001, Malavolta, 1985, Carneiro, 2004).
1.7 Bioensaios em câmaras de topo aberto
Nos países desenvolvidos, particularmente na Europa, redes de
biomonitoramento com plantas vem sendo implantadas como uma etapa
complementar ao monitoramento instrumental da qualidade do ar, pois
sejam incorporados ao modelo a nível de microregiões, o que seria técnica e
economicamente inviável de se realizar com monitoramento instrumental.
Além disso, sua implantação e operação é simples de ser feita e de baixo
custo, e os resultados que oferece são fáceis de ser demonstrados para a
população, permitindo que a comunidade compreenda e participe das
políticas ambientais (Klumpp et al., 2001).
Por sua vez, também na Europa, câmaras de topo aberto tem sido
largamente utilizadas para simular ambientes com a injeção de gases de
interesse, particularmente com ozônio (Manning et al., 2004, Manning,
Godzik, 2004, Manning, 2002, Bergweiler, Manning, 1999), mas muito
poucos experimentos utilizam a exposição ambiente local.
Essa constatação pode ser entendida ao considerarmos que, nessas
regiões, mesmo com o forte adensamento nas cidades, concentrando hoje
quase 65% da população, a implantação de políticas públicas para controle
de emissões de poluentes tem sido eficientemente realizada.
Por outro lado, é nas grandes cidades dos países em desenvolvimento
ou não desenvolvidos, mesmo não contando com tão forte adensamento
populacional, que encontram-se ao regiões urbanas com os maiores níveis de
concentração de poluentes, quer seja pela falta de planejamento das instalações
urbanas, pela inadequação dos seus sistemas de transporte, pela baixa
qualidade de seus combustíveis, pelo envelhecimento das frotas de veículos,
pela falta de cumprimento de uma legislação ambiental, ou mesmo pela
inexistência de tal legislação, enfim, até mesmo por não haver monitoramento
adequado dos parâmetros ambientais (WHO, 1996, World Resources, 1996,
A cidade de São Paulo é uma das maiores cidades do mundo,
concentrando aproximadamente 17 milhões de habitantes em sua região
metropolitana (UN, 1999). Estudos realizados em câmaras de topo aberto na
cidade com animais e plantas tem sido capazes de estabelecer um gradiente
de exposição e identificar vários desfechos em organismos vivos (Mohallem
et al., 2005, Pires-Neto et al., 2005, Lemos et al., 2006), alguns deles ainda
em desenvolvimento.
Desse modo o uso combinado de câmaras de topo aberto e
bioensaios com plantas pode ser uma alternativa suficientemente sensível,
de baixo custo e fácil de ser transportada para permitir sua utilização como
sistema para avaliar o potencial tóxico de diferentes regiões urbanas, tão
necessário para um país com tantas cidades e regiões metropolitanas com
altas concentrações de poluição atmosférica.
Entretanto, o único equipamento disponível para realizar esses
experimentos no Brasil, está instalado nos jardins da Faculdade de Medicina
da Universidade de São Paulo e foi seguidamente reformado em função de
problemas históricos e danos a alguns de seus componentes, não existindo
qualquer estudo que descreva sua construção e parâmetros de operação,
capaz de permitir a construção de sistemas similares para a expansão de
seu uso em situações similares de interesse. Tampouco foram feitos ensaios
simultâneos com diversos espécimes vegetais, testando os desfechos e
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
• Demonstrar as características operacionais da Câmara de Topo
Aberto e sua capacidade para estabelecer um gradiente de exposição
em cenário urbano, sensível a protocolos toxicológicos com plantas.
2.2 Objetivos específicos
• Descrever a construção, os parâmetros e as características de
projeto dos componentes mecânicos da câmara de topo aberto,
CTA, incluindo os sistemas seletivos de filtração de ar, no uso em
ambiente urbano;
• Utilizar bioensaio com protocolos de micronúcleos (Trad-MCN),
demonstrar a capacidade de identificação do gradiente de
exposição gerado na CTA;
• Utilizar bioensaio com protocolos de mutação em pelo estaminal
(Trad-SHM), com Tradescantia clones 4430 e KU20, para
demonstrar a capacidade de identificação do gradiente de
exposição gerado na CTA;
• Utilizar bioensaio com protocolo de mutação em grão de pólen, com
Tradescantia clones 4430 e KU20, para demonstrar a capacidade de
identificação do gradiente de exposição gerado na CTA;
• Utilizar bioacumulação, com o uso de Tradescantia clones 4430 e
KU20, e a espécie localmente disponível, Tradescantia roxa, para
comparar a acumulação dessas plantas quando utilizada em CTA
3 MÉTODOS
3.1 Câmara de topo aberto – CTA
A Câmara de Topo Aberto, daqui em diante denominada como CTA,
utilizada neste experimento, estava armazenada no Instituto de Botânica,
como contrapartida de sua participação em experimentos conduzidos em
conjunto com organizações de pesquisas estrangeiras em Cubatão, SP, na
década de 1980. Sem operar há anos, estava danificada pelas condições de
armazenamento precárias e inadequadas.
Entre 1998 e 2002 foi feita a reforma estrutural do equipamento e a
substituição dos ventiladores, para restabelecer sua funcionalidade original.
Entre 2002 e 2004 foi incorporado ao sistema de filtragem de ar mais um
estágio de filtragem mecânica, com filtro de alta eficiência, High Efficiency
Particulate Air filter, HEPA (US-DOE, 1997).
A CTA é basicamente composta por três partes: câmara de
Além disso, conta hoje com um sistema de iluminação para permitir
melhor controle de luminosidade, particularmente crítico em experimentos
com plantas, e muito útil em experimentos com animais.
Um sistema de umidificação está instalado para experimentos com
plantas, para permitir simultaneamente manter a hidratação do espécime e
evitar que flores e folhas sejam lavadas pela rega normal, que provoca
remoção de material depositado nas folhas e embaralha filetes dos estames.
3.1.1 Princípio de funcionamento
A estrutura principal da CTA, chamada câmara de exposição, é um
volume parcialmente segregado do ambiente externo. Um ventilador,
conectado à parte inferior dessa câmara, insufla ar captado no ambiente
externo, promovendo a contínua renovação de ar na câmara. Por uma
abertura na parte superior da estrutura sai o ar deslocado. Assim, o volume
interno da câmara é continuamente trocado a uma taxa entre 2,6 a 3,0 vezes
por minuto, o que impede o retorno de ar pela abertura superior.
Pode-se conectar uma unidade de filtragem à sucção do ventilador de
modo a, seletivamente, restringir a passagem de algum elemento ou
componente presente no aerossol do ambiente externo para a câmara de
exposição. A essa restrição denomina-se pré-condicionamento do ar.
O arranjo acima, representado na Figura 1, composto por câmara,
ventilador e unidade de filtragem, cria um ambiente interno idêntico ao
externo, exceto pela menor concentração dos elementos selecionados feita
Assim, pode-se intencionalmente obter um gradiente de concentração
de um elemento entre os ambientes externo e interno à câmara, adequado
ao estudo toxicológico, enquanto as demais características ambientais
permanecem idênticas, reduzindo o viés do experimento.
Figura 1 - Esquema da câmara de topo aberto – CTA, identificando cada
um dos sistemas que o compõe e o fluxo do ar
3.1.2 Câmara de exposição
A câmara de exposição é formada por uma estrutura metálica em
alumínio, de forma cilíndrica vertical, com 2 m de diâmetro interno, recoberta
externamente com uma película plástica.
Perfis do tipo U com 2” calandrados formam os anéis que dão a forma
cilíndrica da câmara, colocados no piso, no topo e mais um anel
intermediário. Perfis tipo U de 1” interligam e travam esses anéis, colocados
na vertical e na forma de X. A fixação entre esses perfis metálicos é feita
Ao primeiro segmento cilíndrico vertical, com 1,60 m de altura,
conecta-se um segmento cônico com altura de 0,55 m que reduz a seção
circular para o diâmetro de 1,60 m.
Acima do segmento cônico, alinhada ao eixo do cilindro e cone, e
separado por uma altura de 0,5 m, está colocada uma cobertura tipo domo,
na forma de segmento de esfera. Forma-se, assim, um espaço aberto acima
da face superior do cone e abaixo do domo.
O volume interno da CTA, perfaz 6,4 m3.
A cobertura da superfície do domo, do cone e do cilindro é feita com
uma película plástica flexível e transparente, com lining para filtrar raios
ultravioleta. A amarração da película na estrutura metálica é feita com o uso
de cordão de algodão passado por dentro de um bolsão nas extremidades
do plástico, apertado sobre a superfície externa das vigas circunferenciais
nos extremos do cilindro, cone e domo.
A película plástica que cobre a seção cilíndrica da câmara é dupla
acima do piso até a altura de 0,80 m, formando um bolsão, com furos com
diâmetro de 5 cm na superfície interna. Uma manga de mesmo material
plástico liga o bolsão ao exterior, para ser acoplado à saída do ventilador.
Desse modo, o ar insuflado pelo ventilador é conduzido para o bolsão
formado pelo plástico duplo, que é transferido para a câmara interna de
forma homogênea e sem grande turbulência, através dos furos na superfície
do plástico interno.
A estrutura é apoiada em uma laje de concreto lisa e nivelada sobre o
conjunto ao vento. A vedação entre estrutura e laje é feita com espuma de
poliuretano expansível.
A instalação elétrica local foi dimensionada para alimentar, proteger e
comandar o ventilador, iluminação e tomadas elétricas adicionais para
equipamentos de monitoramento e manutenção. Nessa instalação elétrica
também estão instalados 2 programadores de tempo (timer), capazes de
diariamente, na hora programada, ligar e desligar os circuitos que acionam a
válvula solenóide, responsável pela alimentação de água potável do sistema
de gotejamento para plantas, e a iluminação interna da CTA.
Na viga circunferencial do domo da câmara foram instalados dois
perfis metálicos próprios para fixação das luminárias do sistema de
iluminação e das tomadas elétricas.
Os espécimes que serão expostos podem ser colocados no interior da
câmara de exposição sobre prateleiras apoiadas no piso ou encaixadas em
estruturas de madeira penduradas nos mesmos perfis metálicos de fixação
das luminárias. Este segundo arranjo permite uma melhor ventilação entre
os vasos e floreiras pois apresenta uma menor obstrução ao fluxo de ar
interno ascendente dentro da câmara.
3.1.3 Sistema de filtragem
O sistema de filtragem de ar, responsável pelo condicionamento do ar
a ser injetado na CTA, é uma estrutura construída em perfis de aço tipo
sistema de filtragem são encaixados. Essa estrutura é fechada lateralmente
por painéis de chapa aço pintado rebitados ou fixados por parafusos, de
modo a permitir o acesso para troca dos filtros removíveis.
O ar captado em uma das extremidades da estrutura, é conduzido
através dos diversos estágios de filtragem de ar até a extremidade oposta,
onde um tubo flexível conecta o sistema à entrada do ventilador de
insuflamento da CTA. Assim, ao longo de todo o percurso do ar na caixa do
sistema de filtragem, temos uma pressão inferior à do ambiente. Para evitar
contaminação do ar externo, em todas as chapas de fechamento removíveis
estão instaladas guarnições de espuma de borracha.
A seção interna padrão dessa caixa é quadrada com 0,61 m de lado,
onde são instalados suportes adequados à fixação de cada elemento
filtrante. Na Figura 2 é apresentada uma vista em corte da caixa onde são
identificados cada um desses estágios de filtragem: captação, filtro inicial em
dois estágios, filtro químico em dois estágios, filtro fino e filtro extrafino.
Figura 2 - Vista em corte do sistema de filtragem com a identificação de
No caso do presente experimento não foram instalados os estágios do
filtro químico, mantendo apenas a retenção de material particulado que,
historicamente, é o poluente mais significativamente relacionado a saúde
humana (Dockery, 2001, Pope, Dockery, 1999, Samet et al 2000, Schwartz
et al 1996) e mais fácil de monitorar em experimentos toxicológicos. Apesar
de já terem sido realizados na CTA vários protocolos com o uso de filtragem
química, muitas dificuldades envolvem sua utilização: redução obtida na
concentração dos poluentes de interesse não foi alta, o monitor Trigás
disponível para monitoramento de gases, requer significativo apoio
laboratorial e sua adoção em protocolos para relacionar suas medidas às da
rede da CETESB, NO2 adotado é valor máximo de 1 h e SO2 adotado é
média de 24 h (CETESB, 2002), não viabilizam sua utilização nesses
experimentos, principalmente considerando os longos períodos de
exposição, além da grande variação na concentração de gases durante as
24 h; os filtros químicos utilizados na década de 1980 não são atualmente as
melhores opções disponíveis no mercado, carecendo do desenvolvimento de
testes para sua seleção e validação (Mohallem et al, 2005).
A seguir são descritos os estágios de filtração utilizados:
• Captação: composta por defletores e telas que evitam a entrada de
água de chuva ou insetos e folhas durante a captação de ar. São
peças não substituíveis fixadas diretamente à estrutura.
• Filtro inicial 1o estágio: composto por um filtro tipo plissado de
média eficiência de filtragem (30 a 35% ASHRAE). O filtro instalado
• Filtro inicial 2o estágio: composto por filtro tipo bolsa de média
eficiência de filtragem (60 a 65% ASHRAE). O filtro instalado é o
modelo TB-60 tamanho 12”x24”x15” fornecido pela Purafil.
• Filtro fino: composto por filtro tipo plisado de alta eficiência de
filtragem (87% ASHRAE). O filtro instalado é o modelo JFL-90
tamanho 24”x24”x5” fabricado pela Purafil.
• Filtro HEPA: composto por filtro tipo plissado com eficiência de
filtragem de 99,97% (ASHRAE) para material particulado com
diâmetro de 0,3 μm. O filtro instalado é o modelo PH-97 tamanho
24”x24”x11.1/3” fabricado pela Purafil.
A Tabela 1 apresenta para cada seção de filtragem a identificação do
filtro, nome comercial, vazão nominal, eficiência de filtragem e as perdas de
carga com filtro limpo (inicial) e filtro sujo (final).
Tabela 1 - Identificação do filtro e características operacionais de cada
elemento filtrante do sistema de filtragem
Perda de Carga (mmCA) Seção Filtro (Purafil) (ASHRAE) Eficiência nominal Vazão
(m3/h)
inicial final
Inicial 1o Estágio PP-30 12”x24”x2” 30-35% 1700 3,8 17,8
Inicial 2o Estágio TB-60 12”x24”x15” 60-65% 1700 4,6 20,4
Fino JFL-90 24”x24”x5” 87% 3400 7,6 30,5
3.1.4 Unidade de insuflamento
O sistema de insuflamento é constituído pelo ventilador de ar, tipo
centrífugo, com motor elétrico, base metálica, bocal de sucção, bocal de
recalque e válvula tipo borboleta para regulagem do volume de ar.
O ventilador original, fora de condições de operação, foi substituído
pelo modelo SLL-224 com motor elétrico de 1 CV, para operar nas condições
originais de vazão (1.020 m3/h) e pressão (89 mmCA), capaz de fornecer a
vazão de ar necessária para manter a taxa de renovação original de projeto.
O controle da vazão de ar é feito por uma válvula de borboleta
instalada no recalque no ventilador: válvula parcialmente aberta quando os
filtros estão novos e limpos, e totalmente aberta quando os filtros estão
sujos. A abertura da válvula é ajustada a partir de um indicador de pressão
diferencial de ar, manômetro, com escala superior a 115 mmCA, instalado
entre a sucção e recalque do ventilador. O ponto de operação ideal é o
obtido na pressão de 89 mmCA, aquela pressão estática do ventilador que
corresponde à vazão nominal de projeto, de 1020 m3/h.
Em 2003, com a adição do filtro extrafino, HEPA, para obter melhor
qualidade de filtragem, o sistema passou a requerer uma maior capacidade
do ventilador, aumentando a perda de carga inicial do sistema de 16 mmCA
para 41 mmCA. Como conseqüência, a manutenção da taxa de renovação
de ar obriga a realizar a troca dos filtros com maior freqüência, antes de sua
saturação. A estratégia de troca é a substituição dos filtros iniciais, mais
baratos, assim que a pressão do sistema chegue a 89 mmCA, preservando
3.1.5 Sistema de Iluminação
Estão instaladas 8 lâmpadas fluorescentes, tipo luz branca, com 20 W
de potência cada, além de 4 lâmpadas, do tipo incandescente, com 60 W
cada. Temos assim 8.480 lumens de luz fluorescente e 2.000 lumens de luz
incandescente. A instalação desse sistema ocupa todo o espaço físico
disponível no domo da CTA e supera a intensidade de luz recomendada por
Ma e colaboradores (1994) para garantir o crescimento das plantas.
O sistema é alimentado diretamente do painel elétrico e o comando
para ligar e desligar é feito por um programador (timer) regulado para que as
lâmpadas estejam funcionando das 8:00 h até as 18:00 h.
3.1.6 Sistema de umidificação
Para preservar a umidade das plantas, está instalado um sistema de
rega automático por gotejamento. A vantagem do sistema de gotejamento
frente ao de aspersão, é o de evitar a lavagem das folhas que,
principalmente ao se utilizar protocolo para bioacumulação, pode causar
perda do material depositado na superfície foliar.
A água disponibilizada para essa umidificação é a mesma fornecida
pela rede de abastecimento da cidade de São Paulo, tratada pela SABESP.
Todas as plantas receberam a mesma quantidade de água.
As plantas expostas, entretanto, estão sujeitas a receber água de
chuva, pois as jardineiras estão colocadas em bancada de madeira,
uma cobertura de sombrite 50% colocada e fixada sobre a estrutura de
madeira da bancada.
O sistema de gotejamento é formado por um conjunto de dutos
flexíveis que recobrem todas as jardineiras. Em cada duto são instalados
bicos de gotejamento, próprios para uma vazão de 2 lpm cada, modelo Micro
Drip código 1322-29 de 3/16”, um para cada jardineira. Tanto o duto flexível
quanto os bicos são comercializados pela Gardena. Cada trecho de duto
flexível foi conectado à mangueira de distribuição, alimentada diretamente
da rede pública de abastecimento de água.
Entre essa rede e a mangueira de distribuição está instalada uma
válvula manual para isolamento da linha e uma válvula solenóide de 2 vias
(uma entrada e uma saída), com bobina normalmente fechada, isto é, na
falta de energia elétrica a posição da válvula é de fechamento, ambas de
diâmetro 1/2”. A válvula solenóide é protegida, alimentada e comandada do
painel elétrico por um programador (timer) regulado para abrir toda manhã,
das 9:00 h às 9:05 h, tempo esse ajustado durante a exposição.
3.2 Espécimes vegetais
As espécies vegetais aqui descritas tem sido utilizadas em estudos no
Laboratório de Poluição Atmosférica Experimental – LPAE, do Departamento
de Patologia da Faculdade de Medicina da USP, seja por constituir espécime
já adaptado ao clima tropical, ou por ter sido amplamente utilizado em
3.2.1 Tradescantia pallida cv. purpurea
Este espécime, cuja denominação completa é Tradescantia pallida
(Rose) D.R. Hunt. Cv. Purpurea, popularmente conhecida como Coração
Roxo, Trapoerabão ou Trapoeraba roxa, é nativa da região norte e central do
continente americano, do tipo herbáceo, prostada e suculenta, com folhas e
flores roxas e pubescentes (USDA, 1997, Lorenzi, Souza, 2001).
Atinge 25 cm de altura e é muito utilizada no Brasil como planta
ornamental, de fácil cultivo e rápido crescimento, estando bem adaptada ao
clima tropical, dado suportar bem a alta incidência de raios solares.
Na região metropolitana de São Paulo é comum encontrar essa planta
em canteiros de avenidas e jardins, sempre encorpadas e viçosas,
confirmando sua boa adaptação e fácil manutenção.
Como a flor deste espécime é tetraploide, ele não é recomendado
para o protocolo de mutação em pêlo estaminal.
3.2.2 Tradescantia clone 4430
O clone 4430 é um híbrido entre a Tradescantia subacaulis e a
Tradescantia hirsutiflora. É habitualmente cultivada em casas de vegetação,
dado os cuidados que exige para seu desenvolvimento em clima tropical,
com inspeções diárias para prevenir o ataque de pragas, como pulgões e
Esse clone apresenta hastes longas e hígidas, folhas lisas e longas em
tom de verde claro, com flor na cor azul (predominante) do tipo heterozigoto.
Este espécime demonstra ser muito sensível a exposições
radiológicas e a agentes químicos, razão pela qual tem sido extensivamente
utilizado em estudos ambientais para detectar mutações via pêlo estaminal
ou micronúcleo (Schairer et al., 1978, Ichikawa, 1992, Carvalho, 2005).
Inflorescência é o termo que descreve o agrupamento de botões que
diminuem de tamanho conforme se aproxima da haste. De acordo com a
literatura, a coleta ocorre entre o 3o ao 5o botão da inflorescência, contando
de cima para baixo, onde a fase de tétrade, adequada ao estudo, melhor se
apresenta. Entretanto Ma, em sua visita ao Brasil, recomendou a coleta
entre o 5o e 8o botão, conforme sua própria experiência, prática essa
adotada, desde então, pelo LPAE.
3.2.3 Tradescantia clone KU20
O clone KU20 foi desenvolvido no Japão e sua constituição é muito
parecida com o clone 4430, apresentando hastes mais longas e não
apresenta a penugem na base, como a 4430, sendo porém de mais fácil
manejo e maior resistência. Seu emprego também está bem documentado
na literatura, sendo empregada para os mesmos fins que o clone 4430
